【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及飞行器动力学与控制，特别是涉及一种基于相对动量矩定理的变体高速飞行器动力学建模方法。
技术介绍
1、随着科学技术的迅速发展，人们对飞行器的性能需求越来越高，传统的固定外形飞行器难以适应日益增长的性能指标，尤其是考虑到飞行器在不同的飞行阶段通常有不同的，甚至是矛盾的性能指标需求。变体飞行器可根据需要主动地灵活调整飞行器外形，较好地满足不同飞行阶段的不同性能需求，受到了广泛关注。
2、飞行器的动力学建模与分析，是其设计的理论基础。飞行器的总体设计，结构设计，动力设计，气动设计，弹道设计，控制系统设计等等各方面的工作，都需要系统的动力学模型作为理论基础。
3、然而，不同传统高速飞行器，在变体过程中，变体高速飞行器的质心位置、转动惯量、气动力和气动力矩等均会发生变化，而且变体运动会给系统带来较强的非线性，耦合性和高动态特性，对飞行运动产生不可忽视的影响，传统的飞行器动力学模型难以适用。鉴于此，有必要考虑飞行器的变体运动与飞行运动的耦合，建立精确的变体高速飞行器动力学模型，作为变体高速飞行器设计的理论基础。
4、作为其他设计工作的理论基础，动力学建模工作不是一个独立的工作，变体飞行器的动力学建模需要考虑飞行器的总体设计，结构设计，变体机构设计，动力设计，和气动设计的实物基础，也需要考虑变体决策，弹道设计，和控制系统设计的需求需要，平衡两方面的需求，建立一个足够精确又相对简便的系统动力学模型，解决变体飞行器设计单位的迫切需求。
5、相对动量矩定理的动力学建模方法，属于一种矢量力学
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种基于相对动量矩定理的变体高速飞行器动力学建模方法，精确描述了飞行器变体运动与飞行运动之间的耦合。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、一种基于相对动量矩定理的变体高速飞行器动力学建模方法，包括：
4、对飞行器进行物理抽象和假定简化，得到多刚体系统；所述飞行器为变体高速飞行器；所述多刚体系统包括：机身、左机翼和右机翼；
5、基于所述多刚体系统，选取广义坐标向量，进行运动学分析，并基于质点系质心平动定理和相对动量矩定理进行动力学建模，得到矢量形式动力学模型；
6、通过坐标投影，将所述矢量形式动力学模型转换为初始标量形式动力学模型；
7、对所述初始标量形式动力学模型进行简化，得到简化后的标量形式动力学模型。
8、可选地，所述矢量形式动力学模型，包括：机身平动的矢量形式动力学方程、机身转动的矢量形式动力学方程、左机翼转动的矢量形式动力学方程和右机翼转动的矢量形式动力学方程；
9、机身平动的矢量形式动力学方程为：
10、；
11、其中，m为整个飞行器的质量；为机身的平动加速度；m1为左机翼的质量；为机身的转动角加速度；为机身质心c0到左机翼翼根a1的矢径；为机身的转动角速度；为左机翼相对于机身的转动角加速度；为左机翼相对于机身的转动角速度；为左机翼翼根a1到左机翼质心c1的矢径；m2为右机翼质量；为机身质心c0到右机翼翼根a2的矢径；为右机翼相对于机身的转动角加速度；为右机翼相对于机身的转动角速度；为右机翼翼根a2到右机翼质心c2的矢径；为整个飞行器所受的所有外力之和；
12、机身转动的矢量形式动力学方程为：
13、；
14、其中，[jc0]为整个飞行器基于机身质心c0的转动惯量；[jdynamic1]为左机翼转动运动与机身转动运动的耦合矩阵；[jdynamic2]为右机翼转动运动与机身转动运动的耦合矩阵；为机身质心c0到左机翼质心c1的矢径；为机身质心c0到右机翼质心c2的矢径；为整个飞行器所受的外力基于机身质心c0的外力矩之和；
15、左机翼转动的矢量形式动力学方程为：
16、；
17、其中，为的叉乘矩阵；t为转置；[j1a1]为左机翼基于左机翼翼根a1的转动惯量；为左机翼所受的外力基于左机翼翼根a1的外力矩之和；
18、右机翼转动的矢量形式动力学方程为：
19、；
20、其中，为的叉乘矩阵；[j2a2]为右机翼基于右机翼翼根a2的转动惯量；为右机翼所受的外力基于右机翼翼根a2的外力矩之和。
21、可选地，所述初始标量形式动力学模型，包括：机身平动的标量形式动力学方程、机身转动的标量形式动力学方程、左机翼转动的标量形式动力学方程和右机翼转动的标量形式动力学方程；
22、机身平动的标量形式动力学方程为：
23、；
24、其中，t为时间；为平动位移在系中的二阶相对导数，为平动位移在系中的投影列向量；系为地面发射坐标系；alv为坐标系从系旋转到系所对应的方向余弦矩阵，系为速度坐标系；为飞行器所受气动力在系中的投影列向量；为飞行器所受地球引力在系中的投影列向量；alb为坐标系从系旋转到系所对应的方向余弦矩阵；为飞行器所受推力在系中的投影列向量；为左机翼变体带来的附加力在系中的投影列向量；为右机翼变体带来的附加力在系中的投影列向量；为牵连惯性力在系中的投影列向量；为科氏惯性力在系中的投影列向量；
25、机身转动的标量形式动力学方程为：
26、；
27、其中，为整个飞行器基于机身质心c0的转动惯量[jc0]在系中的投影矩阵，系为机身固连坐标系；为机身的转动角加速度在系中的投影列向量；为机身的转动角速度在系中的投影列向量；为左机翼转动运动与机身转动运动的耦合矩阵[jdynamic1]在系中的投影矩阵；abb1为坐标系从系旋转到系所对应的方向余弦矩阵，系为左机翼固连坐标系；为左机翼相对于机身的转动角加速度在系中的投影列向量；为右机翼转动运动与机身转动运动的耦合矩阵[jdynamic2]在系中的投影矩阵；abb2为坐标系从系旋转到系所对应的方向余弦矩阵，系为右机翼固连坐标系；为右机翼相对于机身的转动角加速度在系中的投影列向量；为机身质心c0到左机翼质心c1的矢径在系中的投影列向量；abl为坐标系从系旋转到系所对应的方向余弦矩阵；为机身的平动加速度在系中的投影列向量；为机身质心c0到右机翼质心c2的矢径在系中的投影列向量；abv为坐标系从系旋转到系所对应的方向余弦矩阵；为气动力矩在系中的投影列向量；为引力力矩在系中的投影列向量；为推力矩在系中的投影列向量；
28、左机翼转动的标量形式动力学方程为：
29、；
30、其中，为机身的平动加速度在系中的投影列向量；为左机翼基于左机翼翼根a1的转动本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于相对动量矩定理的变体高速飞行器动力学建模方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的基于相对动量矩定理的变体高速飞行器动力学建模方法，其特征在于，所述矢量形式动力学模型，包括：机身平动的矢量形式动力学方程、机身转动的矢量形式动力学方程、左机翼转动的矢量形式动力学方程和右机翼转动的矢量形式动力学方程；
3.根据权利要求2所述的基于相对动量矩定理的变体高速飞行器动力学建模方法，其特征在于，所述初始标量形式动力学模型，包括：机身平动的标量形式动力学方程、机身转动的标量形式动力学方程、左机翼转动的标量形式动力学方程和右机翼转动的标量形式动力学方程；
4.根据权利要求3所述的基于相对动量矩定理的变体高速飞行器动力学建模方法，其特征在于，所述简化后的标量形式动力学模型，包括：机身平动的标量形式动力学方程和机身转动的标量形式动力学方程。
5.一种计算机装置，包括：存储器、处理器以存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序以实现权利要求1-4中任一项所述基于相对动量矩定理的变体高
6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-4中任一项所述基于相对动量矩定理的变体高速飞行器动力学建模方法的步骤。
7.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-4中任一项所述基于相对动量矩定理的变体高速飞行器动力学建模方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种基于相对动量矩定理的变体高速飞行器动力学建模方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的基于相对动量矩定理的变体高速飞行器动力学建模方法，其特征在于，所述矢量形式动力学模型，包括：机身平动的矢量形式动力学方程、机身转动的矢量形式动力学方程、左机翼转动的矢量形式动力学方程和右机翼转动的矢量形式动力学方程；
3.根据权利要求2所述的基于相对动量矩定理的变体高速飞行器动力学建模方法，其特征在于，所述初始标量形式动力学模型，包括：机身平动的标量形式动力学方程、机身转动的标量形式动力学方程、左机翼转动的标量形式动力学方程和右机翼转动的标量形式动力学方程；
4.根据权利要求3所述的基于相对动量矩定理的变体高速飞行器动力学建模方法，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：岳晓奎，陶然，丁一波，代洪华，张栋，宋闯，潘兴华，程进，徐骋，李娜英，魏振岩，岳彩红，宋硕，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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